碎石填充层在多年冻土区跑道建设中的应用研究

发布时间：2020-11-19 07:12

　　 根据我国民航发展规划,未来几年将在东北多年冻土区进行大规模机场建设。多年冻土区跑道建设的难点在于多年冻土性质极不稳定,易受温度影响,并且目前针对机场跑道温度控制技术的研究尚属空白。本文借助于有限元软件,在考虑全球气候变暖的条件下,研究了天然土基温度场和不含温控措施跑道土基温度场的长期变化规律,讨论了碎石填充层主要物理参数对碎石层降温效果的影响,分析了组合措施和单一措施的降温效果,以及不同年均温度下碎石层的降温绝对值及最佳降温率。主要工作与成果如下:1、利用含有制冷系统的低温实验室,进行室内碎石降温试验,监测土基温度场的变化,同时建立全尺寸有限元模型,对比试验模型和数值模拟温度场,分析误差产生原因,以验证该有限元建模方法的正确性。2、根据东北地区的气候监测资料及工程建设经验,建立有限元模型,有限元模型跑道结构和道面板厚度均按照规范设定。研究了年均温度为1~-6℃时天然土基和无温控措施跑道土基温度场的长期变化规律,结果表明跑道的铺设使多年冻土产生严重退化,为了维持跑道的正常运营,必须采取温度控制措施保护跑道土基。3、建立含有碎石填充层的有限元模型,研究碎石粒径及碎石填充层铺设位置在年均温度1~-6℃时的降温效果,分析碎石填充层单一措施和碎石层+EPS保温板组合措施的降温效果,结果表明:年均温度相同时,碎石粒径与其降温效果正相关,2~4cm碎石降温效果最差,10~15cm降温效果最好,其余粒径降温效果介于上述两者之间;碎石层铺设位置对其降温效果影响很大,碎石填充层的位置越靠近跑道降温效果越好;在年均温度高于-4℃时,碎石层单一降温措施降温效果优于碎石层+EPS保温板组合措施。4、研究了碎石填充层厚度对土基温度场的影响,得到了碎石填充层的降温绝对值和最佳降温率。根据模拟结果,同时考虑到寒区施工难度,结论如下:在年均温度为1~-2℃的地区,碎石层的厚度取3m为宜;在年均温度为-3℃和-4℃的地区,碎石层的厚度以2~3m为宜;在年均温度为-5℃和-6℃的地区,碎石层厚度以2m为宜。对碎石填充层主要物理参数的大量数值模拟表明,在东北多年冻土区进行机场跑道建设采用该温度控制措施具有一定的参考意义。
【学位单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V351.11
【部分图文】：

技术路线

测温精度可达 0.01℃。CR1000 数据采集器和 109 土壤温度传感器如图2-1 所示。（a）CR1000 数据采集器 （b）109 土壤温度传感器图 2-1 试验数据采集和传感设备

资料[28]，碎石物理热参数如表 2.2 所示表 2.2 碎石热物理参数粒径cm密度3kg m 导热系数-1 -1W m K4-6 1500 0.407 设计试验同一温度的作用时长，在正式试验之前进行测试性试验。将试验模型地温场的变化。观察模型土温度数据发现，同一温为 0.2m 左右，模型底部温度变化具有显著的滞后性。试验温度能影响到模型底部土体，试验过程中，每种温度至少器分布如图 2-4 所示所示，图中圆圈代表测温传感器。
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本文编号：2889875